25
BAB III METODE PENELITIAN
Metode penelitian adalah suatu rancangan penelitian yang memberikan arah bagi pelaksanaan penelitian sehingga data yang diperlukan dapat terkumpul.
Penelitian merupakan kegiatan yang dilakukan untuk memahami, memecahkan masalah secara ilmiah, sistematis dan logis. Dengan demikian akan didapat data
yang objektif.
A. Waktu dan Tempat Pelaksanaan
1. Waktu Penelitian
Penelitian akan dilakukan pada tanggal 14 - 18 September 2015.
2. Tempat Pelaksanaan
Adapun tempat pelaksanaan penelitian akan dilakukan di lab pengecoran logam gedung E5 lantai 1 Teknik Mesin UNNES.
B. Desain Penelitian
Pada penelitian ini, desain penelitian yang digunakan adalah desain eksperimen one shot case study karena dalam penelitian ini uap plastik hasil
pirolisis sampah plastik akan diembunkan di dalam kondensor dengan variasi arah aliran air pendingin yang berbeda. Hasil yang diperoleh akan diobservasi dan akan
dijadikan sebagai referensi dalam perhitungan efisiensi dan efektivitas kerja kondensor tipe double pipe water-cooled condenser
pada prototype reaktor pirolisis sampah plastik.
Tabel 3.1 Desain Penelitian
Keterangan: E = Kelompok eksperimen sampah plastik.
X = Arah aliran air yang bervariasi. Y1 = Jumlah minyak yang dihasilkan.
Y2 = Laju transfer panas yang terjadi di dalam kondensor.
C. Alat dan Bahan Penelitian
1. Alat Penelitian
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a.
Thermometer
Thermometer digunakan untuk mengukur suhu yang ada didalam reaktor. Thermometer di pasang pada tabung reaktor.
b. Thermocouple
Thermocouple digunakan untuk mengukur suhu perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor. Thermocouple dipasang pada input dan output air
pendingin kondensor.
c. Mesin Pencacah Plastik
Mesin pencacah plastik digunakan untuk mencacah sampah plastik menjadi ukuran dimensi 6 cm
2
.
d. Kompor
Kompor digunakan untuk memanaskan reactor. Kelompok
group Perlakuan
treatment Observasi
hasil E
X Y1
Y2
e. Toolset
Toolset digunakan untuk mengencangkan baut saluran pemasukkan pada reactor.
f. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk menampung hasil minyak pirolisis sampah plastik.
g. Manometer
Manometer digunakan untuk mengukur tekanan yang ada pada reactor.
h. Safety Valve
Safety valve digunakan untuk pengaman tekanan agar tidak melebihi dari standar keamanan dan tidak meledak. Dengan menjaga tekanan 1 atm.
i. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengontrol waktu yang digunakan dalam proses pengolahan sampah plastik menjadi bahan bakar alternatif.
j. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa sampah plastik dan mengetahui massa minyak pirolisis yang dihasilkan.
2. Bahan Penelitian
Adapun bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: a.
PP polypropylene. b.
High Density Polyethylene HDPE. c.
Gas Liquefied Petroleum Gas LPG. d.
Air pendingin.
D. Parameter Penelitian
Adapun parameter dalam penelitian ini adalah:
1. Variabel Independen
Variasi arah aliran air pendingin kondensor, yaitu: a.
Arah aliran air searah dengan laju uap parallel flow. b.
Arah aliran air berlawanan arah dengan laju uap counter flow.
2. Variabel Dependen
a.
Efisiensi kondensor dalam mengembunkan minyak plastik hasil pirolisis.
b. Efektivitas perpindahan panas kondensor dalam mengembunkan minyak
plastik. E.
Teknik Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu melalui metode observasi efisiensi kerja kondensor dengan melihat hasil minyak
pirolisis sampah plastik yang berhasil diembunkan dan melihat efektivitas proses perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor.
1. Skema Peralatan Penelitian
Gambar 3.1 Rangkaian Reaktor Pirolisis Sampah Plastik
Keterangan gambar: 1.
Tabung Gas 6. Kondensor Tipe Double pipe
2. Regulator, dan Selang gas
7. Penampung 3.
Reaktor 4.
Kran Valve + Pipa penghantar 5.
Selang gas dan regulator
Gambar 3.2 Rangkaian detail kondensor double pipe water cooled condenser.
Keterangan gambar:
Gambar di atas merupakan rangkaian prototype reaktor pyrolisis sampah plastik dan gambaran detail kondensor yang menjadi skema peralatan penelitian
ini. Proses penelitian dimulai dari proses pirolisis yang terjadi di dalam tabung reaktor. Tabung reaktor diberi sampah plastik berupa High Density Polyethylene
HDPE dan PP polypropylene. Sampah plastik dengan massa 500g kemudian dipanaskan di dalam tabung reaktor dengan suhu 300
C dalam jangka waktu 17,5 menit dan dijaga pada tekanan 1 atm dengan menggunakan safety valve. Setelah
pemanasan selesai selanjutnya uap plastik akan diembunkan di dalam kondensor 1. Head kondensor
6. Flowmeter 2. Lubang uap masuk
7. Rear Kondensor 3. Pipa penyalur air keluar
8. Pipa keluar minyak plastik 4. Pipa luar kondensor
9. Pipa penyalur air masuk 5. Pipa dalam kondensor
Arah aliran air searah dengan laju uap Parallel Flow.
Arah aliran air berlawanan arah dengan laju uap Counter Flow.
Pengujian dengan proses pirolisis 500 gr sampah plastik dalam jangka waktu 17,5 menit dengan suhu pembakaran 300
C
Kesimpulan
Selesai Analisa data eksperimen
Mulai Persiapan alat dan bahan
- Minyak -
Nilai q PP
- Minyak -
Nilai q
- Minyak -
Nilai q
- Minyak -
Nilai q HDPE
PP HDPE
Gambar 3.3 Diagram Alir Penelitian
dengan berbagai variasi arah aliran air pendingin yaitu: arah aliran air searah dengan aliran uap parallel flow dan arah aliran air berlawanan arah dengan
aliran uap counter flow. Kemudian minyak plastik hasil pengembunan kondensor akan ditampung dan dibandingkan. Perbandingan hasil minyak plastik
dengan massa sampah plastik sebelum diperlakukan proses pemanasan akan memberikan nilai efisiensi kondensor berdasarkan hasil pengembunan. Proses
perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor akan diamati pada setiap kali proses pengembunan. Nilai laju perpindahan panas yang terjadi di dalam
kondensor akan
dibandingkan untuk
menentukan efektivitas
kondensor berdasarkan
proses perpindahan
panasnya.
2. Diagram
Alir Pelaksanaan
Penelitian
3. Proses Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan membuat tetap kondisi kerja reaktor, temperatur pemanasan sampah plastik dibuat tetap 300
C dengan lama waktu pemanasan 17,5 menit. Selanjutnya dalam proses kondensasi, arah aliran air
pendingin kondensor dibuat bervariasi, yaitu: arah aliran air berlawanan arah dengan aliran uap counter flow dan arah aliran air searah dengan aliran uap
parallel flow. Bahan sampah plastik yang digunakan yaitu plastik jenis PP
polypropylene dan High Density Polyethylene HDPE. Penelitian ini difokuskan pada uji efisiensi dan efektivitas kondensor dalam mengembunkan uap plastik
hasil pirolisis. Pada proses penelitian ini sebelumnya peneliti melakukan perancangan
kondensor terlebih dahulu. Perancangan kondensor ini menganut beberapa aturan perancangan dari TEMA Tubular Exchanger Manufacturers Asosiation.
Kondensor dalam prototype ini dibuat dengan dimensi panjang kondensor 1000 mm dan diameter 25,4 mm. kondensor dibuat dengan doubele pipe menggunakan
pipa luar dengan diameter 28,5 mm dan pipa dalam dengan diameter 16 mm. Material pembuatan kondensor ini dibuat dengan material pipa luar yaitu Stainless
Steel dan pipa dalam dengan bahan Tembaga. Alasan memilih material ini karena stainless steel memiliki nilai konduktivitas yang rendah yaitu: 15,1 wattm.K
digunakan sebagai pipa bagian luar karena untuk menghindari pengaruh suhu panas dari lingkungan dan korosi, sedangkan Tembaga memiliki nilai
konduktivitas yang tinggi yaitu: 401 wattm.K digunakan sebagai pipa dalam karena untuk memberikan perpindahan panas yang maksimal .
Proses penelitian yang akan dilakukan oleh peneliti melalui beberapa tahapan diantaranya adalah:
Proses penelitian dengan variasi arah aliran air berlawanan arah dengan laju uap counter flow:
a. Setting komponen kondensor ke tipe aliran fluida berlawanan arah atau
counter flow
b. Memasang seluruh perlengkapan alat pirolisis yang terdiri dari reaktor dan
kelengkapannya, pipa penghantar, kran pengatur tekanan, kondensor dan kelengkapannya, penampung minyak plastik, thermocouple dan saluran air
pendingin beserta kelengkapanya. c.
Memasukkan sampah plastik PP polypropylene ke reaktor pirolisis.
d. Memanaskan reaktor pirolisis dengan menggunakan gas LPG dengan
tekanan 1 atm hingga suhu mencapai 300 C selama 17,5 menit.
e. Menghidupkan aliran air pendingin..
f. Amati, catat dan perikasa suhu masuk air pendingin.
g. Amati, catat dan periksa suhu keluar air pendingin.
h. Setelah proses selesai ambil minyak plastik yang berhasil diembunkan.
i. Mematikan aliran air, pemanas LPG, bersihkan reaktor pirolisis dan
persiapkan untuk proses selanjutnya. j.
Ulangi langkah a – i dengan jenis plastik HDPE High Density Polyethylene
k. Setelah semua sampel minyak pirolisis berhasil didapatkan maka akan
dilakukan perhitungan perbandingan minyak plastik yang dihasilkan dengan bahan sampah plastik yang digunakan dan akan dilakukan
perhitungan besar perpindahan panas yang terjadi untuk melihat efektivitas kondensor berdasarkan proses perpindahan panasnya.
Proses penelitian dengan variasi arah aliran air searah dengan aliran uap parallel flow dilakukan dengan cara yang sama dengan proses arah aliran
berlawanan.
4. Data Penelitian
a. Hasil Minyak yang Diperoleh
Hasil minyak yang diperoleh dalam hal penelitian pada kondensor ini adalah pengukuran volume minyak plastik yang dihasilkan, selanjutnya hasil
data dimasukkan dalam lembar pengambilan data hasil minyak sampah plastik berupa jumlah volume yang dihasilkan.
Tabel 3.2 Lembar pengambilan data hasil minyak plastik berupa jumlah volum yang dihasilkan.
Arah Aliran Pendingin
Debit Air Pendingin litermenit
Kapasitas Minyak Plastik ml PP
HDPE Counter flow
2 2,5
3 3,5
4 Parallel flow
2 2,5
3 3,5
4
b. Laju Perpindahan Panas
Laju perpindahan panas dapat dilihat dari seberapa besar perpindahan
panas yang terjadi di dalam suatu penukar panas. Data laju perpindahan panas pada kondensor dapat diperoleh dengan rumus perhitungan sebagai berikut:
1 Laju perpindahan panas counter flow
q = m
c
c
c
T
c1
– T
c2
2 Laju perpindahan panas parallel flow
q = m
c
c
c
T
c2
– T
c1
Dimana : m
c
= Laju masa fluida kg s untuk debit 4 liter menit = 0,0666 kgs
c
c
= Kalor jenis air 4180 kg J C
T
c1
= Suhu keluar fluida pendingin T
c2
= Suhu masuk fluida pendingin Setelah memperoleh data dari perhitungan rumus di atas, selanjutnya
hasil data tersebut dimasukkan dalam lembar pengambilan data laju perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor.
Tabel 3.3 Lembar pengambilan data penelitian laju perpindahan panas yang terjadi di dalam kondensor.
Arah Aliran Pendingin
Debit Air Pendingin
litermenit Nilai Laju perpindahan panas Watt
PP HDPE
Tc
1
Tc
2
q Tc
1
Tc
2
q Counter flow
2 2,5
3 3,5
4 Parallel flow
2 2,5
3 3,5
4
F. Teknik Analisis Data
Penelitian ini menggunakan teknik analisis deskriptif yaitu dengan mengamati secara langsung hasil eksperimen kemudian menyimpulkan dan
menentukan hasil penelitian yang telah dilakukan. Data-data yang dihasilkan yaitu meliputi besarnya massa minyak plastik, volume minyak plastik, massa jenis
minyak plastik dan besar laju perpindahan panas pada kondensor. Data yang diperoleh dari hasil penelitian kemudian dimasukkan ke dalam
tabel dan ditampilkan ke dalam bentuk grafik yang kemudian akan dianalisa dan
ditarik kesimpulan. Tabel dan grafik akan menampilkan informasi variasi arah aliran air pendingin yang paling optimal untuk proses pengkondensasian uap
plastik.
37
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Penelitian
Berikut adalah data hasil penelitian pengaruh variasi arah aliran air pendingin terhadap hasil kondensasi dan nilai laju perpindahan panas yang terjadi
pada kondensor prototipe reaktor pirolisis sampah plastik. Variasi arah aliran air pendingin dalam penelitian ini yaitu: arah aliran air searah dengan laju uap
parallel flow dan arah aliran air berlawanan arah dengan laju uap counter flow dengan variasi jenis plastik PP Polypropylene dari plastik air mineral kemasan
gelas dan HDPE High Density Polyethylene dari botol oli.
1. Pengaruh Arah Aliran Air Pendingin terhadap Hasil Minyak
Hasil minyak yang diperoleh dalam hal penelitian pada kondensor ini adalah pengukuran volume minyak plastik yang dihasilkan, selanjutnya hasil data
dimasukkan dalam lembar pengambilan data sebagai berikut: Tabel 4.1 Pengaruh arah aliran air pendingin terhadap jumlah minyak plastik yang
didapatkan pada jenis plastik PP dan HDPE jenis aliran Counter Flow. Arah Aliran
Pendingin Debit Air Pendingin
litermenit Kapasitas Minyak Plastik ml
PP HDPE
Counter flow 2
300 325
2,5 315
350 3
330 370
3,5 344
400 4
360 390
Tabel 4.1 di atas menunjukkan bahwa hasil volume minyak terbesar untuk jenis aliran counter flow didapatkan pada debit 3,5 litermenit dari jenis plastik